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两种理论的时空观对比
(《物理学上的时空与物质》18)
第三章 狭义相对论关于时空的基本概念和基本规律
§3.1 狭义相对论对时间与空间的基本看法
在前面两章中我们已经说明,牛顿力学对时间与空间的基本看法是:
(4’),假定信号的传播速度是有限的,并肯定信号的传播速度存在一个最大值。
以上为了便于比较,对牛顿力学和对狭义相对论,我们都列举了四条关于时间与空间的基本看法。
在20世纪之前,牛顿力学、因而牛顿力学对时间与空间的上述基本看法,在物理学中占有主导地位。19世纪末的一些实验事实表明了这些基本看法不能完满地解释某些物理现象,因而促使一些物理学者逐渐认识到上述1’、2’、3’、4’的时空特性可能更符合实际;最后由爱因斯坦集大成建立了狭义相对论,1’— 4’就是狭义相对论对时间与空间的基本看法。由于本书着重讨论时空与物质的基本概念和基本规律,且要求读者学过大一普通物理,而大一普通物理多半讲过狭义相对论等物理理论的建立历史和所根据的物理实验,为节省篇幅和集中精力讨论基本概念和基本规律,对物理理论的建立历史和所根据的实验事实,我们就不多讲了。对那些希望更多了解建立狭义相对论的历史和所根据的物理实验的读者,可看参考文献[1,2]。
众所周知,爱因斯坦是在光速不变原理和狭义相对性原理的基础上建立狭义相对论的。可是有些著名的相对论学者,如Landau、Fock、Synge等人,在他们所写的讲述狭义相对论的著作[3,4,5]中,却不明显地采用光速不变原理作为讲述狭义相对论的出发点。最近我在大连理工大学图书馆看到一本新书:Einstein’s Relativity and Beyond:New Sy [6], 作者仅根据狭义相对性原理(以及其它假设),而不采用光速不变原理来讲述狭义相对论。这些都表明讲述狭义相对论的方法可以有所不同,但所反映的基本规律并未改变。例如光速不变原理隐含在上述1’、2’、3’、4’所述的时空特性及狭义相对性原理之中。虽未明显提出光速不变,但它们所反映的基本规律是相同的,所推出的结论也是相同的。采用不同的讲法来讲述狭义相对论,对深刻理解狭义相对论是有好处的。本书将根据上述1’、2’、3’、4’所述的时空特性及狭义相对性原理来讲述狭义相对论
必须强调指出,如同牛顿力学理论一样,狭义相对论也只是一个近似的理论,它只在一定条件下才能成立,例如,有引力存在时,它就不成立。我们肯定狭义相对论正确是由于:1、在它所适用的范围内,已经过实验检验;2、它在理论上的逻辑结构基本上是完整的。
第三章参考文献
[1] 张元仲 . 1979. “狭义相对论实验基础”.北京:科学出版社.
[2] 刘辽,费保俊,张允中.“狭义相对论” .北京:科学出版社.
[3] Landau L. D. and Lifshitz E. M. 1975.“The Classical Theory of Fields”. Translated by Hamermesh M. Oxford: Pergamon Press.
[4] 福克.1965.“空间、时间和引力的理论”.周培源等译. 北京: 科学出版社.
[5] Synge J L. 1956 .“Relativity: The Special Theory ”. Amsterdam: North-Holland
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